CN114857199B - 小型可调式大阻尼直线阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小型可调式大阻尼直线阻尼器,包括底部支架、阻尼器外壳、阻尼器活塞模块、阻尼器端盖模块、顶部支架和弹簧支撑模块,阻尼器活塞模块包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片,活塞片固定在活塞杆上,且活塞片下方固定流速阀,流速阀上加工有孔径不同的流速孔;活塞片上加工有流量孔和单向孔,流量孔靠近活塞杆、单向孔沿活塞片边缘设置,单向孔下方固定单向阀;流速阀上还加工有凸点,可卡入活塞片下部的凹槽中,使得流速孔与流量孔对齐;通过调节与流量孔对齐的流速孔孔径大小,实现对阻尼系数的调节;顶部支架与活塞杆、弹簧支撑模块相连,顶部支架带动活塞沿光轴运动,改变单向孔的工作状态,实现阻尼效果及阻尼器的快速归位。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型可调式大阻尼直线阻尼器。
背景技术
在日常生活与科研工作中,物体、零件之间的相互运动和碰撞等会导致震动。震动如果不加以遏制,会破坏结构,影响稳定性,或对精密零件造成损害。阻尼器能够通过不同的阻碍作用,诸如摩擦、电磁阻力等方式,衰减物体的自由振动,达到保护零件仪器的作用。
在一些特殊场合,诸如机器人的高动态运动过程中,存在着频繁、高速、冲击力大的碰撞运动,对高性能的阻尼器提出了需求,需要阻尼器能够吸收巨大的冲击力,且能快速恢复状态,迎接下一次冲击,以此遏制机器人在高动态运动中碰撞后的抖动问题,实现保护机器人精密元器件与提高机器人稳定性的功能。且机器人作为高度集成化的机械电子设备,没有很大空间安装很重的大型阻尼器,需要较小的柔性度以保证其可控性。
现有技术已经在家居、门窗等生活领域广泛使用小型阻尼器。但是现有小型阻尼器普遍存在阻尼系数小、结构细长等特点,不适合巨大、高速、高频率的阻尼力吸收。而阻尼系数大的阻尼器普遍尺寸较大、重量较大的特点,在机械电子设备设计领域应用范围有限。
发明内容
针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种小型可调式大阻尼直线阻尼器,克服传统粘滞阻尼器体积大、质量大、长度长的问题,同时也克服了传统电磁阻尼器阻尼系数小的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
小型可调式大阻尼直线阻尼器,包括:
阻尼器外壳,内部设有阻尼器活塞模块和粘滞阻尼液;
阻尼器活塞模块,包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片,所述活塞片固定在活塞杆上,且活塞片下方固定流速阀,所述流速阀上加工有孔径不同的流速孔;所述活塞片上加工有流量孔和单向孔,所述流量孔靠近活塞杆设置,所述单向孔沿活塞片边缘设置,单向孔下方固定单向阀;
顶部支架,中心与活塞杆固连,边缘与弹簧支撑模块相连;
弹簧支撑模块,包括滑动轴承、光轴和支撑弹簧,滑动轴承与所述顶部支架固连,光轴上端插入滑动轴承内,光轴下部套设有支撑弹簧,支撑弹簧顶端抵在滑动轴承下部。
上述技术方案,还包括:
阻尼器端盖模块,与阻尼器外壳上部连接,包括阻尼器顶盖、挡油环、密封盖,密封盖固定在阻尼器顶盖上,所述挡油环位于阻尼器顶盖和密封盖之间;所述阻尼器端盖模块中间设有与活塞杆配合的空隙。
上述技术方案中,所述阻尼器顶盖上开设有注油孔,所述注油孔与油塞配合。
上述技术方案,还包括:底部支架,所述阻尼器外壳和光轴下部均固定在底部支架上,所述支撑弹簧底部抵在底部支架上。
上述技术方案中,所述活塞片外围过盈配合有活塞橡胶。
上述技术方案中,所述阻尼器外壳内部加工有与活塞橡胶边缘相互配合的凹凸纹。
上述技术方案中,所述流速阀上还加工有凸点,可卡入活塞片下部的凹槽中。
上述技术方案中,当凸点卡入凹槽中时,流速孔与流量孔对齐。
本发明的有益效果为:
(1)本发明位于阻尼器外壳中的阻尼器活塞模块包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片,活塞片固定在活塞杆上,且活塞片下方固定流速阀,流速阀上加工有孔径不同的流速孔;活塞片上加工有流量孔和单向孔,流量孔靠近活塞杆设置,单向孔沿活塞片边缘设置,单向孔下方固定单向阀;流速阀上还加工有凸点,可卡入活塞片下部的凹槽中,当凸点卡入凹槽中时,流速孔与流量孔对齐;本发明通过调节与流量孔对齐的流速孔的孔径大小,实现对阻尼系数的调节;
(2)本发明顶部支架中心与活塞杆固连,边缘与弹簧支撑模块相连,弹簧支撑模块包括滑动轴承、光轴和支撑弹簧,滑动轴承与顶部支架固连,光轴上端插入滑动轴承内,光轴下部套设有支撑弹簧,支撑弹簧顶端抵在滑动轴承下部;顶部支架带动活塞沿上下光轴运动,从而改变单向阀的开闭,进而改变单向孔的工作状态,实现阻尼效果及阻尼器的快速归位;
(3)本发明的阻尼器外壳内部与活塞橡胶边缘加工出相互配合的凹凸纹,以起到限位作用,保证阻尼器活塞与阻尼器外壳不能相对转动;
(4)本发明的活塞橡胶过盈配合固定在活塞片外围,保证阻尼器在工作时粘滞阻尼液能尽可能多地流过活塞上的孔,实现更加精确的阻尼效果;
(5)本发明的阻尼器顶盖上开设有注油孔,注油孔与油塞配合,实现在不拆卸端盖的情况下完成粘滞阻尼液的回收与添加;
(6)本发明的阻尼器大小为80*80*40mm,阻尼活塞模块的尺寸只有50*50*30mm,可提供上千单位的阻尼力,与其他型号阻尼器相比具有相当高的阻尼密度。
附图说明
图1为本发明所述阻尼器结构示意图;
图2为本发明所述阻尼器爆炸图;
图3(a)为本发明所述阻尼器活塞模块剖视图;
图3(b)为本发明所述阻尼器活塞模块爆炸图;
图4为本发明所述阻尼器端盖模块爆炸图;
图5(a)为本发明所述弹簧支撑模块剖视图;
图5(b)为本发明所述弹簧支撑模块爆炸图;
图6(a)为本发明所述流量孔示意图;
图6(b)为本发明所述流速孔示意图;
图7(a)为本发明所述活塞向下运动示意图;
图7(b)为本发明所述活塞向上运动示意图;
图中:1-底部支架,2-阻尼器外壳,3-阻尼器活塞模块,4-阻尼器端盖模块,5-顶部支架,6-弹簧支撑模块,31-活塞杆,32-流速阀,33-活塞橡胶,34-单向阀,35-活塞片,311-流量孔,312-单向孔,321-流速孔,322-凸点,41-阻尼器顶盖,42-密封盖,43-挡油环,44-油塞,411-注油孔,61-滑动轴承,62-光轴,63-支撑弹簧。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、2所示,本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器包括依次设置的底部支架1、阻尼器外壳2、阻尼器活塞模块3、阻尼器端盖模块4、顶部支架5和弹簧支撑模块6,其中底部支架1、顶部支架5、弹簧支撑模块6构成外部支撑部分,阻尼器外壳2、阻尼器活塞模块3、阻尼器端盖模块4构成核心阻尼部分。
底部支架1为圆盘形状,作为阻尼器的支撑结构,一方面加工有螺纹孔,用于和阻尼器外壳2连接,另一方面加工出三个法兰,用于弹簧支撑模块6的固定。除此之外,底部支架1亦可以通过加工其他连接孔,完成阻尼器整体与其他零件的连接。
阻尼器外壳2加工为容器形状,内置粘滞阻尼液;阻尼器外壳2下部通过螺钉与底部支架1连接,上部通过螺钉与阻尼器端盖模块4连接;阻尼器外壳2的内部设有阻尼器活塞模块3。其中阻尼器外壳2的内部与活塞橡胶33的边缘加工出相互配合的凹凸纹,以起到限位作用,保证阻尼器活塞与阻尼器外壳2不能相对转动。
如图3(a)、(b)所示,阻尼器活塞模块3由活塞杆31、流速阀32、活塞橡胶33、单向阀34和活塞片35组成,活塞片35固定在活塞杆31上,构成活塞;流速阀32通过螺钉固定在活塞片35下方,单向阀34通过螺钉固定在活塞片35边缘,并位于单向孔312下方;活塞橡胶33通过过盈配合固定在活塞片35外围,保证阻尼器在工作时粘滞阻尼液能尽可能多地流过活塞上的孔(包括流量孔311和流速孔321),实现更加精确的阻尼效果。作为阻尼器起作用的主要部分,阻尼器活塞模块3的工作原理是活塞在运动时两侧对粘滞阻尼液产生压强差,迫使粘滞阻尼液流经活塞上的孔;活塞/阻尼运动需要一定的时间,以实现对运动的阻碍,即实现阻尼效果。
如图4所示,阻尼器端盖模块4由阻尼器顶盖41、挡油环43、密封盖42组成,密封盖42通过螺钉固定在阻尼器顶盖41上,其中挡油环43介于阻尼器顶盖41和密封盖42之间;阻尼器端盖模块4中间设有空隙,空隙用于与活塞杆31配合,既能完成实现二者相对滑动,又要完成防止粘滞阻尼液泄露;阻尼器顶盖41上开设有注油孔411,注油孔411与油塞44相配合,以实现在不拆卸端盖的情况下完成粘滞阻尼液的回收与添加。
如图2所示,顶部支架5中心部与活塞杆31相固连,边缘部与弹簧支撑模块6相连;除此之外,顶部支架5还可以加工出其他的配合孔,实现和其他零件的固连。
如图5(a)、(b)所示,弹簧支撑模块6由滑动轴承61、光轴62和支撑弹簧63组成,滑动轴承61通过螺钉与顶部支架5固定,带动顶部支架5沿着光轴62做上下运动,沿光轴62方向,阻尼器并联有支撑弹簧63,支撑弹簧63下部与底部支架1相抵,顶部与滑动轴承61相抵,从而在顶部支架5与底部支架1距离近时提供支撑力,使二者的间距能够快速回到工作范围;光轴62上端插入滑动轴承61,光轴62下端与底部支架1的法兰相固定,保证阻尼器的相对运动是上下单一的。
本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器阻尼可调原理为:
根据小孔流量公式,流经活塞上孔的流量为:
其中cv为活塞上孔流量系数,在本发明中可取值为0.7,A为活塞上孔的截面积,ρ为流体的密度,Δp为活塞上孔前后压力差;
根据流量公式:
qv=Sv (2)
其中v为活塞移动的速度,S为活塞的面积;
又:
F为活塞受到的压力;
联立(1)、(2)、(3),可得:
由此活塞受到的阻力可视为活塞速度的正相关函数F=f(v),活塞运动的越快,所受到的阻尼越大,以实现阻尼效果。
根据计算结果(公式(4)),其他条件相同时,活塞上孔的截面积越小,活塞运动时受到的阻尼力越大。所述阻尼器活塞模块3中,活塞片35上加工有流量孔311和单向孔312,流量孔311靠近活塞杆31设置,单向孔312沿活塞片35边缘设置;流速阀上32加工有孔径不同的流速孔321;通过调节与流量孔311对齐的流速孔321的孔径大小,可实现对阻尼系数的调节。流速阀32上还加工有凸点322,可以卡入活塞片35下部预留的凹槽中,避免流速阀32和活塞的相对滑动,且当凸点322卡入活塞片35的凹槽中时,流速孔321与流量孔311对齐,粘滞阻尼液方可穿越活塞,实现活塞的阻尼运动。参见图6(a)、(b)。
本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器的单向工作时序为:
在一些高动态运动中,存在着频繁的单向冲击。为了实现连续单向冲击的缓冲,需要阻尼器在工作一次以后快速恢复到初始工作状态。顶部支架5携活塞,在滑动轴承61的引导下沿光轴62做上下运动,在运动过程中,通过开闭单向阀34,更改单向孔312的工作状态,完成单向工作机制。
如图7(a)所示,顶部支架5携活塞向下运动时,活塞上的单向阀34受到阻尼液向上的阻力,从而单向阀34紧贴于活塞片35上,堵住单向孔312,使粘滞阻尼液只能流经流量孔311和与之对齐的流速孔321,实现阻尼效果。
如图7(b)所示,当顶部支架5不再受冲击力时,在支撑弹簧63的作用下,顶部支架5携活塞做向上的相对运动,粘滞阻尼液通过单向孔312给单向阀34向下的压力,使单向阀34张开,大量阻尼液从单向孔312中快速流过,此时阻尼较小,能够实现阻尼器的快速归位。
本发明的阻尼器大小为80*80*40mm,阻尼活塞模块3的尺寸只有50*50*30mm,可提供上千单位的阻尼力,与其他型号阻尼器相比具有相当高的阻尼密度。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,包括:
阻尼器外壳(2),内部设有阻尼器活塞模块(3)和粘滞阻尼液;
阻尼器活塞模块(3),包括活塞杆(31)、流速阀(32)、单向阀(34)和活塞片(35),所述活塞片(35)固定在活塞杆(31)上,且活塞片(35)下方固定流速阀(32),所述流速阀(32)上加工有孔径不同的流速孔(321);所述活塞片(35)上加工有流量孔(311)和单向孔(312),所述流量孔(311)靠近活塞杆(31)设置,所述单向孔(312)沿活塞片(35)边缘设置,单向孔(312)下方固定单向阀(34);所述流速阀(32)上还加工有凸点(322),可卡入活塞片(35)下部的凹槽中,当凸点(322)卡入凹槽中时,流速孔(321)与流量孔(311)对齐;
顶部支架(5),中心与活塞杆(31)固连,边缘与弹簧支撑模块(6)相连;
弹簧支撑模块(6),包括滑动轴承(61)、光轴(62)和支撑弹簧(63),滑动轴承(61)与所述顶部支架(5)固连,光轴(62)上端插入滑动轴承(61)内,光轴(62)下部套设有支撑弹簧(63),支撑弹簧(63)顶端抵在滑动轴承(61)下部。
2.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,还包括:
阻尼器端盖模块(4),与阻尼器外壳(2)上部连接,包括阻尼器顶盖(41)、挡油环(43)、密封盖(42),密封盖(42)固定在阻尼器顶盖(41)上,所述挡油环(43)位于阻尼器顶盖(41)和密封盖(42)之间;所述阻尼器端盖模块(4)中间设有与活塞杆(31)配合的空隙。
3.根据权利要求2所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,所述阻尼器顶盖(41)上开设有注油孔(411),所述注油孔(411)与油塞(44)配合。
4.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,还包括:底部支架(1),所述阻尼器外壳(2)和光轴(62)下部均固定在底部支架(1)上,所述支撑弹簧(63)底部抵在底部支架(1)上。
5.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,所述活塞片(35)外围过盈配合有活塞橡胶(33)。
6.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器,其特征在于,所述阻尼器外壳(2)内部加工有与活塞橡胶(33)边缘相互配合的凹凸纹。
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